Светодиодные лампы (LED)

Перспективными являются источники света на основе светодиодов.

Светодиоды, или светоизлучающие диоды (в английском варианте LED – light emitting diodes) хорошо известны каждому как миниатюрные индикаторы (обычно красного или зеленого цвета), применяемые в аудио– и видеоаппаратуре и бытовой технике. Их работа основана на явлении излучательной рекомбинации носителей заряда в полупроводниковом p–n переходе.

Первые имеющие промышленное значение светодиоды были созданы в 60–е годы. Длина волны излучения этих приборов находилась в пределах 500–600 нм – области наивысшей чувствительности человеческого глаза, поэтому яркость их желто–зеленого излучения была достаточной для целей индикации. Световая отдача светодиодов при этом составляла приблизительно 1–2 лм/Вт.

Дальнейшее совершенствование светодиодов проходило по двум направлениям: увеличение световой отдачи и расширение спектра излучения. В 70–е годы светодиоды, излучающие красно–оранжевый, желтый и желто–зеленый свет, имели световую отдачу до 30 лм/Вт, превосходя лампы накаливания. При этом необходимо иметь в виду, что в отличие от ламп накаливания светодиоды излучают свет в относительно узкой полосе спектра, ширина которой составляет 20–50 нм.

Так, световая отдача лампы накаливания с красным светофильтром составляет всего 3 лм/Вт, в то время как красные светодиоды сегодня дают 30 лм/Вт и более. Например, новейшие приборы Luxeon производства американской компании "Lumileds" обеспечивают 50 лм/Вт для красной и 65 лм/Вт для оранжево–красной части спектра. Впрочем, и это не рекорд – для желто–оранжевых светодиодов достигнутая световая отдача 100 лм/Вт. В сине–зеленой области спектра удалось добиться световой эффективности 60–80 лм/Вт.

Изобретение синих светодиодов сделало возможным получение любого цвета, в том числе любого оттенка белого цвета простым смешением цветов. При этом могут быть использованы как отдельные светодиоды разных цветов, так и трехкристальные светодиоды, объединяющие кристаллы красного, синего и зеленого свечения в одном корпусе.

Кроме высокой световой отдачи, малого энергопотребления и возможности получения любого цвета излучения, светодиоды обладают целым рядом других положительных свойств.

Отсутствие нити накала благодаря нетепловой природе излучения светодиодов обусловливает фантастический срок службы – до 100 тыс. ч или 11 лет непрерывной работы – срок, сравнимый с жизненным циклом многих осветительных установок. Отсутствие стеклянной колбы определяет очень высокую механическую прочность и надежность. Малое тепловыделение и низкое питающее напряжение гарантируют высокий уровень безопасности, а безынерционность делает светодиоды незаменимыми, когда нужно высокое быстродействие. Световые приборы на основе светодиодов оказываются компактными, плоскими и удобными в установке, они абсолютно устойчивы к многократным включениям и выключениям.

Светодиодные источники света весьма эффективны в навигационных знаках, дорожных знаках, габаритных и заградительных огнях, светофорах. По американским данным, новые светофоры позволяют экономить электроэнергии до 400 млн. кВт • ч / год.

Светодиодные модули перспективны в архитектурном и ландшафтном освещении, позволяя создавать современные решения светодизайна.

Преимущества светодиодных источников света обуславливают те средства, которые выделяются для их развития в различных странах. Например, в США существовует долгосрочная программа финансирования фундаментальных исследований National Lighting Initiative из государственного бюджета. Согласно этой программе департамент энергетики правительства США выделяет более 1 млрд. долларов в течение 11 лет для решения задачи роста эффективности белых светодиодов до 150 лм/Вт. Экономия электроэнергии при использовании таких источников достигнет по предварительным расчетам 1,1•10¹² кВт • ч/год.

На рис. 26 показана светодиодная лампа направленного света SPOT–R80 E27 мощностью 8 Вт, создающая световой поток 980 лм.

Рис. 26. Светодиодная лампа

Габаритные размеры и наличие стандартного цоколя Е27 делают эту лампу пригодной для прямой замены лампы накаливания мощностью 75 Вт.

СВЕТОВЫЕ ПРИБОРЫ

Основные понятия, определения

Световой прибор – устройство, содержащее одну или несколько электрических ламп и светотехническую арматуру, которое за счет перераспределения света электрических ламп или преобразования структуры света предназначено для освещения (осветительные приборы) или сигнализации (светосигнальные приборы).

Светильник– прибор, распределяющий свет лампы внутри больших телесных углов (световой прибор ближнего действия)

Прожектор – прибор, перераспределяющий свет лампы внутри малых телесных углов (световой прибор дальнего действия)

Осветительная арматура– совокупность приспособлений для рационального перераспределения светового потока, защиты глаз от чрезмерной яркости, предохранения ИС от механических повреждений и загрязнений, для крепления ИС и подведения к нему электрической энергии.

Для перераспределения светового потока служат отражатели. Диффузные отражатели обеспечивают рассеянное отражение, при котором светораспределение не зависит от формы отражателя. Материалом диффузного отражателя может быть металл, покрытый белой эмалью. Зеркальные отражатели обеспечивают направленное отражение. Форма зеркального отражателя определяет характер светораспределения и позволяет получить заданную КСС. Материалом зеркального отражателя может быть стекло или металл, обработанный гальваническим путем (например, полированный анодированный алюминий).

Для защиты глаз от чрезмерной яркости служат рассеиватели и затенители.

В качестве рассеивателей используется стекло, подвергнутое химической или механической матировке, молочные или опаловые стекла, стекло с призматической структурой поверхности. Затенители – элементы конструкции светильника, обеспечивающие необходимый защитный угол, ограничивающий прямое воздействие источника света на органы зрения.

Например, светильники с люминесцентными лампами для внутреннего освещения имеют диффузные отражатели и стеклянные рассеиватели либо решетчатые затенители.